陽離子交換量取決於

『壹』 測定膨潤土（蒙脫石）陽離子交換容量CEC有什麼意義

膨潤土（蒙脫石）晶層中的陽離子具有可交換性能，在一定的物理—化學條件下，不僅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交換，而且H+、多核金屬陽離子（如羥基鋁十三聚體）、有機陽離子（如二甲基雙十八烷基氯化銨）也可交換晶層間的陽離子。陽離子交換性是膨潤土（蒙脫石）的重要工藝特性，利用這一特性，可進行膨潤土的改型，由鈣基膨潤土改型為鈉基膨潤土、活性白土、鋰基膨潤土、有機膨潤土、柱撐蒙脫石等產品。 陽離子交換容量（Cation Exchange Capacity）是指PH值為7的條件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等陽離子總量，簡稱為CEC。膨潤土礦陽離子交換容量和交換性陽離子是判斷膨潤土礦質量和劃分膨潤土礦屬型的主要依據， CEC值愈大表示其帶負電量愈大，其水化、膨脹和分散能力愈強；反之，其水化、膨脹和分散能力愈差。如北票市膨潤土陽離子交換容量CEC 為66.7mmol/100g，阜新市的膨潤土陽離子交換容量CEC 為85.55 mmol/100g，內蒙古優質膨潤土陽離子交換容量CEC為115—139 mmol/100g。
研究表明，蒙脫土的片層中間的CEC通常在60-120mmol/100G范圍內，這是一個比較適合與聚合物插層形成納米復合材料的離子交換容量。因為如果無機物的離子交換容量太高，極高的層間庫侖力使得無機物片層間作用力過大，不利於大分子鏈的插入；如果無機物的離子交換容量太低，無機物不能有效地與聚合物相互作用，不足以保證無機物與聚合物基體的相容性，同樣不能得到插層納米復合物材料。適宜的離子交換容量、優良的力學性能使得蒙脫土成為制備PLS納米復合材料的首選礦物。CEC值和膨潤土（蒙脫石）的內表面積與蒙脫石含量呈正相關關系，用陽離子交換容量CEC 為100mmol/100g的膨潤土和 用陽離子交換容量CEC 為61mmol/100g的膨潤土製備插層納米復合物材料，盡管層間距相差不大(d001=1.98和1.91nm)，但比表面(421.5和127.2m2。g-1)和吸氨量(318.3和80.7mg。g-1)卻有較大的差別. 與原料土的比表面(76.0和90.5m2。g-1)及吸氨量(49.2和62.1mg。g-1)相比，分別增加5.5和1.4倍及6.5和1.3倍，比表面和吸氨量的增加倍數有一定的對應關系. 這說明層電荷密度主要影響材料的表面性質. 由於層間距(d001)的變化主要取決於交聯劑的大小, 因而不同層電荷密度對於採用同種的交聯劑制備材料的層間距影響不大。
測定CEC的方法很多，如定氮蒸鎦法、醋酸銨法、氯化銨-醋酸鈉法、氯化銨-無水乙醇法、氯化銨-氨水法、氯化鋇-硫酸法等。目前，膨潤土CEC測定是依據國標JC/T 593—1995（膨潤土試驗方法）。具體方法如下：
（1）方法提要
用含指示陽離子NH4+的提取劑處理膨潤土礦試樣，將試樣中可交換性陽離子全部置換進入提取液中，並使試樣飽和吸附指示陽離子轉化成銨基上。將銨基土和提取液分離，測定提取液中的鉀、鈉、鈣及鎂等離子，則為相應的交換性陽離子量。
（2）主要試劑和材料
a. 離心機：測量范圍為0～400r/min；
b. 磁力攪拌器：測量范圍為50～2 400r/min』
c. 鉀、鈉、鈣、鎂混合標准溶液〔c(0.01Na+、0.005Ca2+、0.005Mg2+、0.002K+)〕稱取0.5004g碳酸鈣(基準試劑)，0.201 5g氧化鎂(基準試劑)，0.5844g氯化鈉(高純試劑)和0.1491g氯化鉀(高純試劑)於250mL燒杯中，加水後以少量稀鹽酸使之溶解(小心防止跳濺)。加熱煮沸趕盡二氧化碳，冷卻。將溶液移入1 000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，移於乾燥塑料瓶中保存；
d. 交換液：稱取28.6g氯化銨置於250mL水中，加入600mL無水乙醇，搖勻，用1+1氨水調節pH為8.2，用水稀釋至1L，即為0.5mol/L氯化銨-60%乙醇溶液。
e. EDTA標准溶液〔c(0.01EDTA)〕：取3.72g乙二胺四乙酸二鈉，溶解於1 000mL水中。
標定：吸取10mL0.01mol/L氯化鈣(基準試劑)標准溶液於100mL燒杯中，用水稀釋至40～50mL左右。加入5mL4mol/L氫氧化鈉溶液，使pH≈12～13，加少許酸性鉻藍K-萘酚綠B混合指示劑，用EDTA溶液滴至純藍色為終點。
c1= c2·V3/ V4
式中：
c1——EDTA標准溶液的實際濃度，mol/L；
c2——氯化鈣標准溶液的濃度，mol/L；
V3——氯化鈣標准溶液的體積，mL；
V4——滴定時消耗EDTA標准溶液的體積，mL。
f. 洗滌液：50%乙醇，95%乙醇。
（3）試驗步驟
稱取在115～110℃下烘乾的試樣1.000g，置於100mL離心管中。加入20mL50%乙醇，在磁力攪拌器上攪拌3～5min取下，離心(轉速為300r/min左右)，棄去管內清液，再在離心管內加入50mL交換液，在磁力攪拌器上攪拌30min後取下，離心，清液收集到100mL容量瓶中。將殘渣和離心管內壁用95%乙醇洗滌(約20mL)，經攪拌離心後，清液合並於上述100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，待測。殘渣棄去。
交換性鈣、鎂的測定，取上述母液25mL，置於150mL燒杯中，加水稀釋至約50mL，加1mL1+1三乙醇胺和3～4mL4mol/L氫氧化鈉，再加少許酸性鉻藍K-萘酚綠B混合指示劑，用0.01mol/LEDTA標准溶液滴定至純藍色，記下讀數V5，然手用1+1鹽酸中和pH為7，再加氨水-氯化銨緩沖溶液(pH=10)，再用0.01mol/LEDTA標准溶液滴至純藍色記下讀數V6。
交換性鉀、鈉的測定：取25mL母液於100mL燒杯中，加入2～3滴1+1鹽酸，低溫蒸干。加入1mL1+1鹽酸及15～20mL水，微熱溶解可溶性鹽，冷卻後溶液移入100mL容量瓶中，以水稀釋至刻度、搖勻，在火焰光度計上測定鉀、鈉。標准曲線的繪制：分取0、3、6、9、12、15mL鉀、鈉、鈣、鎂混合標准溶液於100mL容量瓶中，加入2mL1+1鹽酸，用水稀釋至刻度、搖勻。在與試樣同一條件下測量鉀、鈉的讀數，並繪制標准曲線(此標准系列分別相當於每100g樣中含有0、170、345、520、690、860mg的交換性鈉和0、60、120、175、240、295mg的交換性鉀。
（4）結果計算
鈣、鎂的含量按下式計算：
交換性鈣g/100g= （40c5V5）/（2.5m3）
交換性鎂g/100g=[ 24c5(V6-V5)]/ （2.5m3）
式中：
c5—EDTA標准溶液的實際摩爾濃度mol/L；
V6、V5—滴定時耗用EDTA標准溶液的毫升數，mL；
m3——試樣質量，g。
鉀、鈉的含量按(10)式計算：
交換性鉀(g/100g)= Kmg /（2.5m3）
交換性鈉(g/100g)= Namg/（2.5m3）
式中：
Kmg，Namg—由標准曲線上查得的鉀鈉的毫克數；
m3——試樣質量，g。

『貳』 華南地區紅壤的質地多屬於粘質土,但是其CEC含 量很低,其中原 因是什麼

華南地區紅壤CEC含量較低的原因是氣候和降雨。
陽離子交換量(Cation Exchange Capacty，簡稱CEC)。土壤CEC取決於土壤中存在的粘土和有機質的類型和數量。例如，粘粒含量高的土壤比粘粒含量低的土壤能夠保持更多的可交換性的陽離子。同樣，CEC隨土壤有機質的增加而增加。 在土壤高度風化、有機質含量低的地區，CEC值較低。我國華南地區位於南亞熱帶與中亞熱帶之間，高溫多雨，秋雨和冬雨時常發生是導致紅壤CEC含量較低的主要原因。

『叄』 含蛭石晶層間層礦物的陽離子交換容量及酸浸研究

彭同江 劉福生 張寶述 孫紅娟

（西南科技大學礦物材料及應用研究所，四川綿陽 621010）

摘要 對采自新疆尉犁蛭石礦、河南靈寶-陝西潼關蛭石礦的工業蛭石礦物樣品進行了可交換性陽離子、交換容量和酸處理試驗研究。結果發現新疆尉犁蛭石礦金雲母-蛭石中的可交換性陽離子主要為Na^＋和Ca^2＋，其次有Mg^2＋和K^＋、Ba^2＋和Sr^2＋。而河南靈寶-陝西潼關蛭石礦工業蛭石樣品主要為Ca^2＋和Mg^2＋，其次為Na^＋、K^＋等。金雲母-蛭石和綠泥石-蛭石間層礦物的陽離子交換容量隨間層結構中蛭石晶層的含量增加而增大，一般在56.92～98.95 m mol/100 g之間，僅為蛭石最大陽離子交換容量的一半。金雲母-蛭石樣品陽離子交換容量大小與K₂O含量呈負相關關系，與（Na₂O＋CaO）含量呈正相關關系。層間可交換性陽離子的氧化物CaO和Na₂O的酸浸取率最高，層間不可交換性陽離子的氧化物 K₂O次之，八面體中陽離子的氧化物MgO、Fe₂O₃和Al₂O₃具有較高的酸浸取率，而四面體陽離子的氧化物SiO₂的酸浸取率最低；金雲母-蛭石間層礦物中蛭石晶層含量高的樣品酸浸取率高，金雲母-蛭石間層礦物的耐酸蝕性能不如金雲母。

關鍵詞 金雲母-蛭石；間層礦物；陽離子交換容量；酸浸取物；酸浸取率。

第一作者簡介：彭同江，男，1958年4月出生，博士，教授，礦物晶體化學專業。E-mail：[email protected]。

一、含蛭石晶層間層礦物的陽離子交換容量

（一）原理

根據工業蛭石樣品的化學成分研究，蛭石晶層中可交換性陽離子的種類主要有：K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Ba^2＋、Sr^2＋等。用醋酸銨（NH₄Ac）作為淋洗劑，

離子可將工業蛭石中的可交換性陽離子交換出來：

中國非金屬礦業

相關系數為0.90。

圖1 金雲母-蛭石樣品陽離子交換容量（CEC） 隨K₂O 和Na₂O＋CaO 含量（質量分數） 的變化

可以看出，隨著K₂O含量的增加，樣品的陽離子交換容量減小；隨（Na₂O＋CaO）含量的增加，陽離子交換容量增加。從而表明，隨K₂O含量的增加，蛭石晶層的含量降低；隨（Na₂O＋CaO）含量的增加，蛭石晶層的含量增加。由此可以得出，在金雲母變化為金雲母-蛭石的過程中，溶液中富含Na^＋和Ca^2＋離子組分。

對於金雲母-蛭石樣品來說，我們發現其陽離子交換容量的大小與樣品的粉末X射線衍射譜特徵有一定關系。一般說來，陽離子交換容量小於75 m mol/100 g的樣品，其粉末X射線衍射圖上發現有較強的金雲母的衍射峰；高於95 m mol/100 g樣品，發現有蛭石的衍射峰。這進一步表明對樣品陽離子交換容量的貢獻主要來自於間層結構中蛭石晶層的含量。蛭石晶層的含量越高，間層礦物的陽離子交換容量越大。

二、酸浸實驗研究

（一）酸處理實驗與酸浸取物分析

酸處理試驗步驟與實驗方法如下：

1）將燒杯在100℃下烘乾1 h後稱重。

2）分別在燒杯中加0.5 g樣品。

3）將盛樣品的燒杯放在烘箱中在100℃下烘乾2 h。

4）從烘箱中取出燒杯在乾燥器中涼至室溫後稱重，計算出樣品除去吸附水後的質量。

5）將燒杯中分別加入0.5 mol/L，1.0 mol/L，1.5 mol/L，2.0 mol/L稀鹽酸30 mL，攪拌均勻後靜止作用12 h。

6）過濾、洗滌、定溶後用原子吸收光譜法測定濾液中K、Na、Mg、Si、Fe、Al的含量。

利用上述方法對所選的3個樣品進行了酸處理和酸浸取物的分析。測定結果轉換成氧化物百分含量後列入表2中。

表2 不同濃度的稀鹽酸對樣品不同氧化物的腐蝕量（w_B/%）

註：X為鹽酸溶液的濃度，單位mol/L。

（二）酸蝕量與酸浸取物的變化規律

由表2可以看出，在不同鹽酸濃度溶液的情況下金雲母樣品主要氧化物的酸蝕量都大大低於金雲母-蛭石樣品主要氧化物的酸蝕量，這表明金雲母的耐酸性能高於金雲母-蛭石間層礦物。

金雲母-蛭石間層礦物兩個樣品不同氧化物的酸浸取率大致相同。按氧化物的酸浸取率的大小可分為三種情形。

（1）處於蛭石晶層層間域中的水化陽離子

劉福生等（2002）給出的金雲母-蛭石間層礦物樣品的可交換性陽離子氧化物的含量（不考慮H₂O^＋）分別為，Wv-6a：CaO 0.612%，Na₂O 1.30%；Wv-16：CaO 0.394%，Na₂O 1.79%，考慮所含H₂O^＋後樣品的可交換性陽離子氧化物的含量分別為，Wv-6a：CaO 0.580%，Na₂O 1.231%；Wv-16：CaO 0.375%，Na₂O 1.702%，這些數值與表2中CaO和Na₂O的腐蝕量非常相近（其差別來源於對樣品進行不同的處理及分析的誤差）。由於水化陽離子與結構層間的結合最弱，故CaO和Na₂O的酸浸取率最高，其中CaO幾乎全部浸出，Na₂O的浸取率在82.27%～89.24%之間。

（2）在結構中以離子鍵相結合的陽離子

在結構中與陰離子呈離子鍵結合的陽離子主要有：K^＋、Mg^2＋、Fe^2＋、Al^3＋。相應氧化物酸浸取率分別為 K₂O 6.33%～13.80%，Al₂O₃3.67%～12.45%，Fe₂O₃4.44%～11.75%，MgO 3.44%～10.03%。離子鍵的結合力高於蛭石晶層層間水化陽離子與結構層之間的結合力，而又小於硅氧四面體內的共價鍵結合力，因此，以離子鍵結合的陽離子氧化物的酸浸取率低於層間水化陽離子氧化物，而又高於以共價鍵結合的陽離子氧化物。

（3）在結構中以共價鍵結合的陽離子

在結構中與陰離子呈共價鍵結合的陽離子只有Si^4＋，SiO₂的酸浸取率最低，為2.15%～3.02%。

蛭石晶層的水化陽離子最容易被酸淋濾出來，即使在低濃度的鹽酸溶液中，且它們的酸蝕量隨鹽酸濃度的增大變化很小；其次是處於金雲母晶層的層間K^＋離子。MgO、Fe₂O₃和Al₂O₃也具有較高的酸蝕量百分數，其中MgO、Al₂O₃的酸蝕量隨鹽酸濃度的增大而急劇增大，Fe₂O₃酸蝕量隨鹽酸濃度的增大而緩慢增大；SiO₂的酸蝕量最低，且酸蝕量隨鹽酸濃度的增大變化很小。

金雲母-蛭石樣品與金雲母樣品相比較，層間陽離子、八面體陽離子、四面體陽離子都具有較高的氧化物酸蝕量百分數。這表明金雲母-蛭石的結構穩定性較金雲母差，即使是金雲母-蛭石間層結構中的金雲母晶層也是如此。這一結果與熱分析所得出的結果（彭同江等，1995）是完全一致的。

（三）金雲母-蛭石間層礦物酸蝕機理

對於蛭石及含蛭石晶層的間層礦物酸蝕機理的研究不多。但對於蒙脫石酸活化機理研究已經很深入，並得出比較一致的結論。即當用酸處理蒙脫石時 蒙脫石層間的可交換性陽離子（如Ca^2＋、Mg^2＋、Na^＋、K^＋等）可被氫離子交換而溶出，同時隨之溶出的還有蒙脫石八面體結構中的鋁離子及羥基。因此，活化後的蒙脫石比表面積增大，形成多孔活性物質，使其吸附性及離子交換性進一步增強（張曉妹，2002）。下面結合前面的試驗與分析結果對金雲母-蛭石間層礦物酸蝕機理進行討論。

1.酸浸取反應機理

金雲母-蛭石間層礦物中蛭石晶層的結構和陽離子佔位與蒙脫石的大致相同，只是蛭石晶層八面體中的陽離子主要是Mg^2＋，而蒙脫石則主要是Al^3＋，而與蛭石晶層相間排列的還有金雲母晶層。因此，金雲母-蛭石間層礦物的酸蝕機理可以看成是蛭石晶層和金雲母晶層分別與酸進行作用。

蛭石晶層與鹽酸產生離子交換反應和酸腐蝕反應，後者導致結構的局部破壞。其中離子交換反應是氫離子將樣品中蛭石晶層的層間可交換陽離子如K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋等置換出來。

氫質蛭石晶層在酸的繼續作用下結構產生局部破壞，溶出八面體中的陽離子及羥基，硅氧四面體轉化為偏硅酸。

金雲母晶層與鹽酸產生酸腐蝕反應，產生局部結構被破壞，溶出層間陽離子、八面體中的陽離子及羥基，硅氧四面體轉化為偏硅酸。

上述反應可歸三類：H^＋離子與蛭石晶層層間可交換陽離子的交換反應；H^＋離子與結構中八面體片上的（OH）^-和四面體片中Si-OH上的（OH）^-中和形成H₂O的反應；陽離子從結構上解離形成鹽和偏硅酸的反應。

2.酸浸取規律的晶體化學分析

金雲母-蛭石間層礦物屬三八面體層狀硅酸鹽礦物。由金雲母的晶體結構特點可知，結構中陽離子與陰離子結合有兩種化學鍵，即離子鍵和共價鍵。其中，四面體陽離子（主要為 Si^4＋）與陰離子（氧）的化學鍵主要為共價鍵，因而在結構中的聯結力最強；八面體陽離子（主要為Mg^2＋）以離子鍵與陰離子（氧和羥基）結合，聯結力相對較強；層間陽離子位於層間域內與底面氧以弱離子鍵結合，聯結力較弱。金雲母-蛭石間層礦物結構中金雲母晶層的情形與金雲母相類似，蛭石晶層的八面體和四面體兩種位置的化學鍵特點與金雲母的情形也相類似。在金雲母-蛭石間層結構中聯結力相對最弱的位置是蛭石晶層層間水化陽離子的位置，由於水分子的存在，層間陽離子與結構層的聯結力比金雲母的更弱。

上述晶體化學特點決定了四面體陽離子Si^4＋的酸浸取率最小，八面體陽離子Mg^2＋、Al^3＋、Fe^2＋酸浸取率較大，層間可交換性陽離子Na^＋、Ca^2＋最大。

因此，金雲母-蛭石間層礦物樣品不同氧化物酸浸取率的大小取決於晶體結構的強度和陰陽離子之間的化學鍵強度的大小。

3.酸蝕作用歷程與結構破壞

根據酸蝕試驗和分析結果，結合金雲母-蛭石的晶體結構特點，得出金雲母-蛭石酸蝕作用和結構破壞的過程如下。

酸蝕過程中各種酸蝕反應首先沿礦物顆粒邊緣和結構缺陷部位進行。H^＋離子與層間可交換陽離子產生交換反應，形成氫質蛭石，交換出來的陽離子Na^＋、Ca^2＋、K^＋等形成鹽；H^＋離子與八面體中的（OH）^-作用，形成H₂O，其結果導致與（OH）^-呈配位關系的Mg^2＋和其他陽離子隨（OH）^-的解離而裸露於外表面並變得不穩定，從而脫離結構表面並進入溶液形成鹽；H^＋離子與四面體片邊緣的Si-O（或OH）作用，中和後形成H₂O，並使Si^4＋裸露，進一步使Si^4＋解離並形成偏硅酸配陰離子；伴隨著H^＋離子的這些反應，還會導致金雲母晶層邊緣的層間陽離子（主要為K^＋）從結構中解離出來；整個結構的破壞程度和酸蝕量隨H^＋濃度增大和反應時間的增長而增大。酸蝕反應主要發生在結構層的邊緣、層間域和結構缺陷部位。

X射線分析結果表明，金雲母-蛭石間層礦物具有較好的耐酸蝕性能，層間可交換性陽離子的氫交換反應和邊緣與缺陷部位離子的解離和浸取，沒有導致金雲母-蛭石間層結構的破壞。但結合酸浸取物和酸浸取殘留物的研究，金雲母-蛭石間層礦物的耐酸蝕性能不如金雲母。

三、結論

金雲母-蛭石間層礦物具有良好的陽離子交換性。因此，它可用於環保，吸附水中的重金屬離子或有機污染物，回收有用物質；在農業上用作儲水和儲肥載體，改良土壤等等。含蛭石晶層礦物結構中的Ca、Mg、K、Fe等元素在酸性條件下易被淋濾出來。因此，它可在農業上用作儲水和儲肥載體，同時又是長效肥料。一方面可為植物提供K、Mg、Ca、Si、Fe等有用元素；另一方面可以起到改良土壤的作用，即增加土壤的保水，保肥性能，降低土壤的密度，提高土壤的透氣性能等等。

酸浸取的結果導致金雲母-蛭石間層礦物中蛭石晶層的可交換性陽離子幾乎全部被淋濾交換出來，同時也在結構層邊緣和結構缺陷部位淋濾出其他組分。其結果導致金雲母-蛭石間層礦物比表面積增大，形成多孔活性物質，使其吸附性及離子交換性進一步增強（Suquet et al.，1991；Suquet et al.，1994）。因此，酸處理後的金雲母-蛭石間層礦物可用於環保方面作污水處理劑。

An Experimental Study on Cation Exchange Capacity and Acid Soaking of Vermiculite Containing Interstratified Minerals

Peng Tongjiang，Liu Fusheng，Zhang Baoshu，Sun Hongjuan

（The Research Institute of Mineral Materials and Their Application，Southwest University of Sciences and Technology，Mianyang Sichuan 621010，China）

Abstract：The changeable cations，the exchange capacity and acid erodibility of instrial vermiculite samples from Weli Mine，Xinjiang Autonomous Region，Lingbao Mine，Henan Province，and Tongguan Mine，Shanxi Province are studied.It is found that the changeable cations of phlogopite-vermiculite samples from Weli Mine are mainly Na^＋，Ca^2＋，and Mg^2＋，K^＋，Ba^2＋，Sr^2＋in the next place.The changeable cations of phlogopite vermiculite samples from Tongguan Mine are mainly Mg^2＋，Ca^2＋，and Na^＋，K^＋in the next place.The cation exchange capacity of phlogopite-vermiculite and chlorite-vermiculite increases with the increase of content of ver miculite crystal layer in interstratified structure.The cation exchange capacity is commonly between 56.92 m mol/100 g and 98.95 m mol/100 g，which is only a half of the maximal value of cation exchange capacity of vermiculite.The cation exchange capacity of phlogopite-vermiculite is negatively related to the content of K₂O and positively related to the content of Na₂O and CaO.The acid soak-out ratios of CaO and Na₂O are the highest and that of K₂O is lower slightly，the acid soak-out ratios of MgO，Fe₂O₃and Al₂O₃are relatively higher，but the acid soak-out ratios of SiO₂are the lowest.The acid corroding contents of the samples with more vermiculite layer are higher.The acid-resistant property of the phlogopite-vermiculite interstratified mineral is not as good as the phlogopite.

Key words：phlogopite-vermiculite，interstratified minerals，cation exchange capacity，acid soak-out-substances，acid soak-out-ratio.

『肆』 影響土壤陽離子交換量大小的因素有哪些

不同土壤的陽離子交換量不同，主要影響因素：a,土壤膠體類型，不同回類型的土壤膠體其答陽離子交換量差異較大，例如，有機膠體>蒙脫石>水化雲母>高嶺石>含水氧化鐵、鋁。b,土壤質地越細，其陽離子交換量越高。c,對於實際的土壤而言，土壤黏土礦物的SiO2/R2O3比率越高，其交換量就越大。d,土壤溶液pH值，因為土壤膠體微粒表面的羥基（OH）的解離受介質pH值的影響，當介質pH值降低時，土壤膠體微粒表面所負電荷也減少，其陽離子交換量也降低；反之就增大。土壤陽離子交換量是影響土壤緩沖能力高低，也是評價土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依據。

『伍』 決定土壤酸鹼性的因素有哪些

土壤的鹽鹼性與降水的關系十分密切，但並不是所有地區土壤的鹽鹼性都是受降水量來決定。土壤之所以有酸鹼性，是因為在土壤中存在少量的氫離子和氫氧離子。當氫離子的濃度大於氫氧離子的濃度時，土壤呈酸性；反之呈鹼性；兩者相等時則為中性。影響土壤鹽鹼度的因素除了降水之外，現在我們更多考慮的是由於人類不合理的生產方式造成了乾旱、半乾旱地區的土壤次生鹽鹼化。土壤性質
（一）土壤吸附性
土壤中兩個最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物，它們對污染物在土壤中的遷移、轉化有重要作用。土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性，而使土壤具有吸附性。
1、土壤膠體的性質
1）土壤膠體具有巨大的比表面和表面能：比表面是單位重量（或體積）物質的表面積。定體積的物質被分割時，隨著顆粒數的增多，比表面也顯著地增大。物質的比表面越大，表面能也就越大。
2）土壤膠體的電性：土壤膠體微粒具有雙電層，微粒的內部稱微粒核，一般帶負電荷，形成一個負離子（即決定電位離子層）其外部由於電性吸引，而形成一個正離子（又稱反離子層，包括非活動性離子層和擴散層），即合稱為雙電層。
3）土壤膠體的凝聚性和分散性：由於膠體的比表面和表面能都很大，為了減小表面能膠體具有相互吸引，凝聚的趨勢，這就是膠體的凝聚性。但是在土壤溶液中，膠體常帶負電荷，即具有負的電動電位，所以膠體微粒又因相同而相互排斥，電動電位越高，相互排斥力越強，膠體微粒呈現出的分散性也越強。
影響土壤凝聚性能的主要因素是土壤膠體的電動電位和擴散層厚度，例如土壤溶液中陽離子增多，由於土壤膠體表面負電荷被中和，從而較強土壤的凝聚。此外，土壤溶液中電解質濃度、pH值也將影響其凝聚性能。
2、土壤膠體的離子交換吸附
在土壤膠體雙電層擴散層中，補償離子可以和溶液中相同電荷的離子價為依據作等價交換，稱為離子交換（或代換）。離子交換作用包括陽離子吸附作用和陰離子交換吸附作用。
每千克干土中所含全部陽離子總量，稱為陽離子交換量。土壤的可交換性陽離子有兩類：一類是致酸離子，包括H+和Al3+；另一類是鹽基離子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。當土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離子，且已達到吸附飽和時的土壤，稱為鹽基飽和土壤，否則，這種土壤為鹽基不飽和土壤。在土壤交換性陽離子中鹽基離子所佔的百分數稱為土壤鹽基飽和度。它與土壤母質、氣候等因素有關。
3、土壤酸鹼性
由於土壤是一個復雜的體系，其中存在著各種化學和生物化學反應，因而使土壤表現出不同的酸鹼性。
我國土壤的pH大多在4.5～8.5范圍內，並有由南向北pH值遞增的規律性，長江（北緯330）以南的土壤多為酸性和強酸性，如華南、西南地區廣泛分布的紅壤、黃壤；pH值大多數在4.5～5.5之間，有少數低至3.6～3.8；華中華東地區的紅壤，pH值在5.5～6.5之間；長江以北的土壤多為中性或鹼性，如華北、西北的土壤大多含CaCO3，pH值在7.5～8.5之間，少數強鹼性的pH值高達10.5。
1）土壤酸度
根據土壤中H+離子的存在方式，土壤酸度可分為兩大類：
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映，又稱有效酸度，通常用pH表示。
土壤溶液中氫離子的來源，主要是土壤中CO2溶於水形成的碳酸和有機物質分解產生的有機酸，以及土壤中礦物質氧化產生的無機酸，還有施用肥料中殘留的無機酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。此外，由於大氣污染形成的大氣酸沉降，也會使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一個重要來源。
（2）潛性酸度：土壤潛性酸度的來源是土壤膠體吸附的可代換性H+和Al3+。當這些離子處於吸附狀態時，是不顯酸性的，但當它們通過離子交換作用進入土壤溶液之後，可增加土壤的H+濃度，使土壤pH值降低。只有鹽基不飽和土壤才有潛性酸度，其大小與土壤代換量和鹽基飽和度有關。
根據測定土壤潛性酸度所用的提取液，可以把潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度。
用過量中性鹽（如NaCl或KCl）溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中H+和Al3+發生離子交換作用，而表現出的酸度，稱為代換性酸度。由土壤礦物質膠體釋放出的氫離子是很少的，只有土壤腐殖質中的腐殖酸才可產生較多的氫離子。
近代研究已經確認，代換性Al3+是礦物質土壤中潛性酸度的主要來源。例如，紅壤的潛性酸度95％以上是由代換性Al3+產生的。
用弱酸強鹼鹽（如醋酸鈉）淋洗土壤，溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的H+、Al3+代換出來，同時生成某弱酸（醋酸）。此時，測定出的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。
水解性酸度一般比代換性酸度高。由於中性鹽所測出的代換性酸度只是水解性酸度的一部分，當土壤溶液在鹼性增大時，土壤膠體上吸附的H+較多被代換出來，所以水解酸度較大。但在紅壤和灰化土中，由於膠體中氫氧根離子中和醋酸，且對醋酸分子有吸附作用，因此，水解性酸度接近於或低於代換性酸度。
（3）活性酸度與潛性酸度的關系：土壤的活性酸度與潛性酸度是同一個平衡體系的兩種酸度。二者可以相互轉化，在一定條件下處於暫時平衡狀態。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起點和現實表現。土壤膠體是H+和Al3+的儲存庫，潛性酸度則是活性酸度的儲備。土壤的潛性酸度往往比活性酸度大得多，相差達幾個數量級。
2）土壤鹼度
土壤溶液中OH -離子的主要來源是碳酸根和碳酸氫根的鹼金屬（Ca、Mg）的鹽類。碳酸鹽鹼度和重碳酸鹽度的總稱為總鹼度。不同溶解度的碳酸鹽和重碳酸鹽對土壤鹼性的貢獻不同，CaCO3和MgCO3的溶解度很小，故富含CaCO3和MgCO3的石灰性土壤呈弱鹼性（pH在7.5～8.5）；Na2CO3、NaHCO3及Ca（HCO3）2 等都是水溶性鹽類，可以出現在土壤溶液中，使土壤溶液中的鹼度很高，從土壤pH來看，含Na2CO3的土壤，其pH值一般較高，可達10以上，而含NaHCO3及Ca(HCO3)2的土壤，其pH值常在7.5～8.5，鹼性較弱。
當土壤膠體上吸附的Na+、K+、Mg2+（主要是Na+）等離子的飽和度增加到一定程度時會引起交換性陽離子的水解作用。結果在土壤溶液中產生NaOH,使土壤呈鹼性。此時Na+離子飽和度亦稱土壤鹼化度。膠體上吸附的鹽基離子不同，對土壤pH值或土壤鹼度的影響也不同。
3）土壤的緩沖性能
土壤緩沖性能是指具有緩和酸鹼度發生劇烈變化的能力，它可以保持土壤反應的相對穩定，為植物生長和土壤生物的活動創造比較穩定的生活環境，所以土壤的緩沖性能是土壤的重要性質之一。
（1）土壤溶液的緩沖作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有機酸等弱酸及其鹽類，構成一個良好的緩沖體系，對酸鹼具有緩沖作用。
（2）土壤膠體的緩沖作用：土壤膠體吸附有各種陽離子，其中鹽基離子和氫離子能分別對酸和鹼起緩沖作用。
土壤膠體的數量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖性能就越強。因此，砂土摻粘土及施用各種有機肥料，都是提高土壤緩沖性能的有效措施。在代換量相等的條件下，鹽基飽和度愈高，土壤對酸的緩沖能力愈大；反之，鹽基飽和度愈低，土壤對鹼的緩沖能力愈大。
另外，鋁離子對鹼的也能起到緩沖作用。
（二）土壤氧化還原性
土壤中有許多有機和無機的氧化性和還原性物質，因而使土壤具有氧化還原特性。一般，土壤中主要的氧化劑有：氧氣、NO3-和高價金屬離子，如鐵（Ⅲ）、錳（Ⅳ）、釩（Ⅴ）、鈦（Ⅵ）等。主要的還原劑有：有機質和低價金屬離子。此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤發生氧化還原反應的重要參與者。
土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的氧化還原電位來衡量。一般旱地土壤好氧化還原電位為+400～+700mV；水田的氧化還原電位在+300～-200 mV。根據土壤的氧化還原電位值可以確定土壤中有機物和無機物可能發生的氧化還原反應和環境行為。

『陸』 陽離子交換作用

岩石顆粒的表面往往帶負電荷，因此能吸附某些陽離子。當某種成分的地下水與岩石顆粒接觸時，水中某些陽離子被岩石顆粒表面吸附，以代替原來被吸附的陽離子，而原來被吸附的陽離子則進入水中，改變了地下水的化學成分，這種作用稱為陽離子交換吸附作用。

陽離子交換的強度取決於很多因素，其中主要的是岩石的粒度、交換陽離子的性質、介質的pH值和水中電解質的濃度。

1.粒度

一般岩石的粒度越細，它的交換性能越強。因此，在黏土和黏土岩中，陽離子交換對水化學成分的影響明顯。

2.離子性質

不同陽離子的吸附能不同，在其他條件相同的情況下，吸附能的大小取決於它們的離子價，離子價越高吸附能越強，並易留在岩石上。如果陽離子的電價相同，吸附能隨原子量的增加而增大。部分離子吸附能強弱的順序如下：

H⁺＞Fe³⁺＞Al³⁺＞Ba²⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺

由上可見，Ca²⁺的吸附能大於Na⁺，因此在自然界中常可見到地下水中的Ca²⁺交換吸附岩石顆粒表面的Na⁺。

水文地球化學基礎

陽離子交換吸附作用在含水層中廣泛地進行，並且對改變地下水的化學成分及地下水的性質有重大意義。這種作用使硬度大的地下水變為硬度小的軟水，形成低礦化度的鈉水，如SO₄—Na型、HCO₃—Na型以及一些其他過渡型水。

3.pH值

在陽離子交換反應中，氫離子有著特殊的作用。它的交換能量不僅高於一價的陽離子，還高於二價和三價的陽離子。介質的pH值影響陽離子的吸附數量，水中的氫離子越多，對其他陽離子進入膠狀綜合體的阻力越強。增加與土壤處於平衡狀態的溶液pH值，土壤的交換性能增強。當介質的pH值由6增加到11時，交換容量增加1～2倍。

4.電解質濃度

離子交換吸附作用並不僅決定於離子的性質，在吸附交換過程中，水中電解質濃度也起著重要作用，濃度大的離子比濃度小的離子易被吸附。因此，如果鈉的濃度相當大時，吸附綜合體中的部分鈣離子將被鈉離子排擠出去，水中的Na⁺與岩石顆粒表面的Ca²⁺就發生交換吸附的現象，例如海水入侵過程中的Na⁺與Ca²⁺的交換吸附。

水文地球化學基礎

天然水中的交換主要是陽離子交換，而不是陰離子交換。這是由於岩石和土壤的膠體成分主要是由SiO₂、Al₂O₃和其他帶負電的膠粒所組成，它們吸附帶正電的陽離子。除陽離子吸附外，在某些情況下也能發生陰離子吸附作用（例如磚紅壤），但是對這種過程研究很少。

『柒』 影響農作物生長和產量的因素

1、氣候

熱量、光照、降水、季風等氣候因素對農業區位的影響極大。是影響農作物分布與農業發展的最重要因素。不同動植物的生長發育要求不同的氣候條件，而氣候條件的分布具有明顯的地域差異。因此，一個地區農業的選擇，應充分考慮當地的氣候因素。

水分：年降水量小於250毫米的乾旱地區，除有灌溉水源外，一般不能發展農業。

2、地形

不同的地形區，適宜發展不同類型的農業。平原地區地勢平坦，土層深厚，有利於實現農業的水利化和機械化，適宜發展耕作業；山地耕作不便，且不易於水土保持，但適宜發展林業和畜牧業。山地自然條件的垂直分異，使農作物分布垂直化，多樣化；地形復雜的則適合多種經營。

3、土壤

土壤是農作物生長的物質基礎，不同種類的土壤，適宜生長不同的作物。例如我國東南丘陵廣泛分布著酸性的紅壤，適宜種植茶樹等。土壤的肥沃程度也對農業的影響較大。例如我國東北平原（黑土）、華北平原（鈣質土）等地土壤肥沃，水稻單位面積產量較高。

提高作物產量

1、良種

優質的種子可以增加產量，如袁隆平的雜交水稻；

2、化肥

可以除蟲增產，需要的土地就相對較少，但對環境危害很大，會減少土地的使用壽命；

3、機械

用農業機械代替手工播種和收割可以節省時間，提高效率，獲取更大的效益。

4、灌溉

科學的灌溉技術，應根據當地的氣候決定。如：以色列缺水，發明了滴灌的方法。

(7)陽離子交換量取決於擴展閱讀

農作物主要種類

包括糧食作物、經濟作物（油料作物、蔬菜作物、花、草、樹木）、工業原料作物、飼料作物，葯材作物等。能大批長成或大面積收獲，供盈利或口糧用的植物(例如穀物、蔬菜、棉花、亞麻等)。

1、糧食作物

以水稻、玉米、豆類、薯類、青稞、蠶豆、小麥為主要作物；

2、油料作物

以油籽、蔓青、大芥、花生、胡麻、大麻、向日葵等為主；

3、蔬菜作物

主要有蘿卜、白菜、芹菜、韭菜、蒜、蔥、胡蘿卜、菜瓜、蓮花菜、菊芋、刀豆、芫荽、萵筍、黃花、辣椒、黃瓜、西紅柿、香菜等；

4、果類

有梨、青梅、蘋果、桃、杏、核桃、李子、櫻桃、草莓、沙果、紅棗等品種；

5、野生果類

有酸梨、野杏、毛桃、山棗、山櫻桃、沙棘、等；

6、飼料作物

如玉米、綠肥、紫雲英等；

7、葯用作物

有人參、當歸、金銀花、薄荷、艾蒿等。

『捌』 陽離子交換質量作用方程

（一）陽離子吸附親合力

就特定的固相物質而言，陽離子吸附親合力是不同的。影響陽離子吸附親合力的因素主要是；（1）同價離子，其吸附親合力隨離子半徑及離子水化程度而差異，一般來說，它隨離子半徑的增加而增加，隨水化程度的增加而降低；離子半徑越小，水化程度越高。例如Na⁺、K⁺、NH₄＋的離子半徑分別為0.98、1.33和1.43Å，其水化半徑分別為7.9、5.37和5.32Å；他們的親合力順序為NH₄＋>K⁺>Na⁺。（2）一般來說，高價離子的吸附親合力高於低價離子的吸附親合力。

按各元素吸附親合力的排序如下：

水文地球化學基礎

上述排序中，H⁺是一個例外，它雖然是一價陽離子，但它具有兩價或三價陽離子一樣的吸附親合力。

值得注意的是，上述排序並不是絕對的，因為陽離子交換服從質量作用定律，所以吸附親合力很弱的離子，只要濃度足夠大，也可以交換吸附親合力很強而濃度較小的離子。

（二）陽離子交換質量作用方程

按質量作用定律，陽離子交換反應可表示為：

水文地球化學基礎

式中，K_A-B為陽離子交換平衡常數，A和B為水中的離子，A_x和B_x為吸附在固體顆表面的離子，方括弧表示活度。

以Na-Ca交換為例，其交換反應方程為：

水文地球化學基礎

（1.146）式表明，交換反應是等當量交換，是個可逆過程；兩個鈉離子交換一個鈣離子。如果水中的Na⁺交換已被吸附在固體顆粒表面的Ca²⁺（即Cax），則反應向右進行；反之，則向左進行。如反應向右進行，那麼，就鈣離子而言，是個解吸過程；就鈉離子而言，是個吸附過程。所以，陽離子交換反應，實際上是一個吸附－解吸過程。

在地下水系統中，Na-Ca交換是一種進行得最廣泛的陽離子交換。例如，當海水入侵到淡水含水層時，由於海水Na⁺遠高於淡水，而且淡水含水層顆粒表面可交換性的陽離子主要是Ca²⁺，因此產生海水中的Na⁺與顆粒表面的Ca²⁺產生交換，形成Na⁺被吸附而Ca²⁺被解吸，方程（1.146）向右進行。又如，如果在某個地質歷史里，淡水滲入海相地層，按上述類似的機理判斷，則產生Na⁺被解吸Ca²⁺被吸附的過程，方程（1.146）向左進行。

Na-Ca交換反應方向的判斷，以及對地下水化學成分的影響，仍至對土壤環境的影響，是水文地球化學及土壤學中一個很重要的問題，後面將作更詳細的介紹。

上述（1.145）式中都使用活度，水中的A和B離子活度可以按第一節所提供的方法求得，但如何求得被吸附的陽離子（A_x和B_x）的活度，目前還沒有太滿意的解決辦法。萬賽羅（Vanselow,1932）^〔7〕提出，規定被吸附離子的摩爾分數等於其活度。

摩爾分數的定義為：某溶質的摩爾分數等於某溶質的摩爾數與溶液中所有溶質摩爾數和溶劑摩爾數總和之比。其數學表達式如下

水文地球化學基礎

式中，x_B為B組分的摩爾分數，無量綱；m_A為溶劑的摩爾數（mol/L）;m_B、m_C、m_D、……為溶質B、C、D……的摩爾數（mol/L）。就水溶液而言，溶劑是水，1mol H₂O=18g,lL H₂O=1000g，所以l升溶劑（H₂O）的摩爾數＝1000/18=55.56mol/L。

按照上述摩爾分數的定義，A_x和B_x的摩爾分數的數學表達式為：

水文地球化學基礎

式中，N_A和N_B分別為被吸附離子A和B的摩爾分數；（A_x）和（B_x）分別為被吸附離子A和B的摩爾數（mol/kg）。

以摩爾分數代替被吸附離子A和B的活度。則（2.145）的交換平衡表達式可寫成：

水文地球化學基礎

式中，

稱為選擇系數，其他符號含義同前。選擇系數已為許多學者所應用。從理論上講，該方程（1.150式）提供了一個預測陽離子交換反應對地下水陽離子濃度影響的有效方法。

從理論上講，

基本上是一個常數，但隨水的離子強度的改變，稍有變化。它的數值的大小，能說明各種離子在競爭吸附中，優先吸附何種離子。如

說明B離子比A離子更易被吸附；反之，則相反。選擇系數方面的信息在文獻中已很普遍。就

來說，在（Mgx）/（Cax）和水中離子強度變化比較大的范圍內，

在0.6—0.9間，變化很小。

值的范圍說明，Ca²⁺比Mg²⁺更易被吸附。

在研究陽離子交換反應時，人們關心的問題是，在地下水滲流過程中，從補給區流到排泄區，由於陽離子交換反應，地下水中的陽離子濃度將會產生何種變化？為了簡化問題起見，假定其他反應對陽離子濃度的變化都可忽略，那麼從理論上講，地下水從原來的地段進入一個具有明顯交換能力的新地段後，必然會破壞其原有的陽離子交換平衡，而調整到一個新的交換平衡條件。達到新的平衡後，其陽離子濃度的變化主要取決於：（1）新地段固體顆粒表面各種交換性陽離子的濃度，以及它們互相間的比值；（2）進入新地段地下水的原有化學成分，特別是陽離子濃度。隨著地下水的不斷向前流動，陽離子交換平衡不斷被打破，又不斷地建立新的平衡。其結果是，不但水的陽離子濃度變化了，含水層固體顆粒表面有關的交換性陽離子濃度也改變了。為了定量地說明上述理論上的判斷，特列舉下列例題的計算。

例題1.8

在某一地下水流動系統中，有一段具有明顯陽離子交換能力且含有大量粘土礦物的地段，試利用陽離子交換質量平衡方程（2.150），計算地下水達到新的交換平衡後，水中Ca²⁺和Mg²⁺濃度的變化，含水層粘土礦物顆粒表面交換性陽離子（被吸附的陽離子）濃度的變化。

假定：（1）含粘土礦物地段的陽離子交換容量為100meq/100g，交換性陽離子只有Ca²⁺和Mg²⁺，且Cax=Mgx，即Cax=Mgx=50meq/100g;（2）進入該地段前，地下水中的Ca²⁺和Mg²⁺濃度也相等，即Ca²⁺=Mg²⁺=1×10^-3mol/L;（3）該含水層地段的有關參數：孔隙度n=0.33；固體顆粒密度ρ=2.65g/cm³;（4）地下水與該地段粘土礦物顆粒相互作用後，達到平衡時，選擇系數

計算步驟：

（1）求新的地下水進入該地段前的N_Ca和N_Mg

按題意所給，Cax=Mgx=50meq/100g。把它們換算為以mol/g表示，則Cax=Mgx=0.25×10^-8mol/g；將此數據代入（1.149）式，則

N_Ca=N_Mg=0.5

（2）求新的地下水剛進入該地段時，起始狀態的

值

按質量作用定律，Ca-Mg交換方程為：

水文地球化學基礎

交換平衡後，雖然各自的摩爾分數有所增減，但其總數仍然不變，即N_Ca+N_Mg=1。

設達到新交換平衡時，N_Ca=Y，那麼，N_Mg=1-Y。

把上述假設代入（1.151）式，則

水文地球化學基礎

因達到新的交換平衡時，

把它代入（1.152）式，經整理後，得：

水文地球化學基礎

因達到新交換平衡時，Cax和Mgx雖然有變化，那其總和仍然不變，即Cax+Mgx=0.5。設那時的Cax=Z，那麼：

水文地球化學基礎

把（1.154）式代入（1.153）式，得：

水文地球化學基礎

由於達到交換平衡前後，固相中的交換性鈣離子（Cax）和液相中的溶解鈣離子的總和不變。就一升水及其所接觸的岩土而論，達到交換平衡前，一升水的Ca²⁺為1mmol；岩土中的Cax=0.25mmol/g，－升水所佔據的岩土體積＝5379.5g。達交換平衡後，一升水的Ca²⁺摩爾數為x，岩土中交換性鈣離子（Cax）濃度為Z。那麼，其均衡方程為：

水文地球化學基礎

式的左邊，為交換平衡前固液相中鈣離子總量（mmol）；式的右邊，為交換平衡後固液相中鈣離子總量（mmol）。

整理（1.156）式，得：

水文地球化學基礎

把（1.157）式代入（1.155）式，整理後得：

水文地球化學基礎

解方程（1.158），得：

Z=0.250046，即交換平衡後，Cax=0.250046mmol/g

那麼，Mgx=0.5-0.250046=0.249954mmol/L

按上述計算摩爾分數的方法，得：

N_Ca=0.50009,N_Mg=0.49991

把所算得的Z值代入（1.157），得：

x=0.7525，即交換平衡後，〔Ca²⁺〕＝0.7525mmol/L

那麼，〔Mg²⁺〕＝2-0.7525=1.2475mmol/L

上述計算結果說明，當新的地下水通過交換地段，達到交換平衡時，吸附的陽離子（Ca²⁺和Mg²⁺）的濃度或摩爾分數的比值變化極小；相比之下，地下水中Ca²⁺和Mg²⁺的濃度變化很大，〔Mg²⁺〕/〔Ca²⁺〕從1約增至1.7。如果隨後進入該地段的地下水〔Mg²⁺〕/（Ca^2＋）仍然是1的話，地下水再次破壞了剛建立起來的交換平衡，交換反應又繼續進行，直至N_Mg/N_Ca=O.6為止。此時，新流入地下水的Ca²⁺和Mg²⁺的濃度才不會改變。然而，要達到此種狀態，必需通過無數個孔隙體積的水，甚至要幾百萬年時間才能完成。

上述計算還說明，陽離子的交換方向，從左向右進行（2.151式），水中的Ca²⁺被吸附，而固相表面所吸附的Mg²⁺不斷被解吸。交換反應方向不僅取決於水中兩種離子的濃度比，同時也取決於吸附離子的摩爾分數比。如若交換的起始條件為N_Mg=0.375和N_Ca=0.625，流入的水，其鈣鎂活度比為1，那麼流過該地段的地下水，其Ca²⁺和Mg²⁺的濃度就沒有變化了。如若交換的起始條件為N_Mg/N_Ca＜0.6，其交換方向則與上述相反，從右向左進行（2.151式）。

（三）地下水系統中的Na-Ca交換

地下水中Na-Ca交換在地下水化學成分形成和演變過程中，是一個很重要的陽離子交換過程，它無論在深層地下水形成和演變，或者在淺層潛水水化學成分的改變，特別是硬度升高等方面，都具有重要意義；在土壤科學中，它對鹽鹼土的形成，也有重要作用。

地下水系統中，固液相間的Na-Ca交換也服從質量作用定律，但其質量作用方程的表達形式不同。其交換反應如下：

水文地球化學基礎

（2.159）反應最常用的質量作用方程是Gappn方程：

水文地球化學基礎

在Gapon方程的基礎上，又有許多學者提出類似於此方程的各種表達式。例如，美國鹽實驗室^〔17〕在研究灌溉水與土壤間的Na-Ca交換時，提出類似於Gapon方程的表達式：

水文地球化學基礎

式中，Nax為達到交換平衡時土壤的交換性鈉量（meq/100g）;CEC為土壤的陽離子交換容量（meq/100g）;Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺是達交換平衡時水中這些離子的濃度（meq/L）;K為平衡常數。

（1.161）式左邊項表示為：

水文地球化學基礎

式中的ESR稱為「交換性鈉比」。

（1.16l）式右邊項表示為：

水文地球化學基礎

式中的「SAR」稱為鈉吸附比，它是Na-Ca交換中一個很重要的參數。（1.161）式可改寫成：

水文地球化學基礎

（1.164）式說明，ESR與SAR線性相關，水中的SAR越高，岩土中的ESR值也越大，岩土中的Nax也越高。許多學者通過岩土的Na-Ca交換試驗，得出了有關回歸方程，列於表1.20。

表1.20Na-Ca交換的回歸方程

表1.20中的Na-Ca交換方程是實驗方程，應用起來當然有其局限性。其中，美國鹽實驗室的回歸方程是用美國西部12個土壤剖面59個土樣試驗得出的，所以其代表性較好。盡管有其局限性，但是，應用此類方程判斷Na-Ca交換的方向，定量化計算其交換量，還是比較有效的。表1.21的數據充分說明這一推斷。

表1.21Na-Ca試驗中某些參數的變化^〔2〕

表1.21中是一組Na-Ca交換試驗數據，其中包括實測值與計算值的對比。表中的數據可說明以下幾點；

（1）Na-Ca交換反應方向取決於水中的起始SAR值，及岩土中的起始ESR值。例如，用SAR值分別為0.73和9.81的水淋濾ESR值為0.046的同一種土壤時，淋濾後，前者的（Cax+Mgx）從8.56增至8.76meq/100g，水中的Ca²⁺和Mg²⁺被吸附，而固體顆粒表面的交換性Na⁺解吸到水中，按（1.159）式，其交換反應方向朝左進行；相反，後者的（Cax+Mgx）從8.56減至7.52meq/100g，水中的Na⁺被吸附，而固體顆粒表面的交換性Ca²⁺和Mg²⁺解吸進入水中，按（1.159）式，其交換反應向右進行。如果起始條件已知，即水中的SAR值及岩土中的ESR值已知，也可判斷其反應方向。例如，把表1.21中的SAR值0.73和9.81分別代入表1.20中的3號方程，ESR值的計算值分別為0.038和0.1379。前者的ESR計算值（0.038）小於土壤的起始ESR值（0.046，見表1.21），反應按（1.159）式向左進行；後者的SER計算值（0.1379）明顯大於土壤的起始ESR值（0.046），反應按（1.159）式向右進行。也就是說；如果ESR計算值小於岩土的ESR值，反應向左進行；反之，則相反。當然，如果土壤的起始ESR值為0.038，與S₄R值為0.73的水相互作用時，Na-Ca交換處於平衡狀態，水中的Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺濃度不會改變。表1.22是現場試驗結果，結果說明，SAR值越高，固體表面解吸出來的Ca²⁺和Mg²⁺就越多，水的硬度增加就越大。這些數據充分證明了上述理論。

表1.22SAR值不同的污水現場試驗結果^〔2〕

註：硬度以CaCO₃計（mg/L）。

（2）把Na-Ca交換方程應用於實際是比較可靠的。表1.21中（Cax+Mgx）的實測值及計算值相差很小，說明了這一點。其計算方法如下：以計算SAR=0.73的水為例，將0.73代入表1.20中的方程3，求得ESR=0.038；將此值及CEC值（8.96）代入（1.162）式，求得Nax=0.328meq/100g；將CEC值減去Nax值，即為（Cax+Mgx）值（因為土中吸附的陽離子主要是Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺），其值為8.63meq/100g。

SAR值不僅在研究Na-Ca交換反應中是重要的，而且它是灌溉水質的一個重要參數。前面談到，SAR高的水，在水岩作用過程中，引起水中的Na⁺被吸附到固相顆粒表面上，2個Na⁺交換一個Ca²⁺或Mg²⁺（等當量交換）。因為2個Na₂＋的大小比一個Ca²⁺或Mg²⁺大，因而引起土壤的透氣性減小，產生板結及鹽鹼化。有關SAR值的灌溉水質標准可參考有關文獻。本書不詳述。

『玖』 數據的採集和收集

（一）測井系列的選擇

測井時，根據地層的特點和地質任務的要求，選擇一套合適的測井方法。這種能完成一定地質任務的測井方法組合，叫做測井系列。

按照劃分油氣水層的要求，選擇良好的測井系列應能做到：准確地分層、確定地層的界面；計算地層厚度和有效厚度；准確地判斷岩性和劃分滲透層；准確地計算儲層參數，如孔隙度、滲透率、泥質含量和含油飽和度、可動油等；准確地判斷油氣水層。

使用國產儀器時：

1.淡水泥漿測井系列

厚度大於2 m、電阻率小於20 Ω·m的中厚層、中低阻砂岩地層的測井系列為微電極系，電極距離為0.45 m、4 m的底部梯度電極類，聲速以及感應測井，有的油田還加井徑測井或自然伽馬測井。各種方法的用途是：微電極系和0.45 m底部梯度電極系詳細劃分地層岩石；微電極系、自然電位和聲速測井判斷岩性和劃分滲透層；微電極系反映沖洗帶，0.45 m底部梯度電極系反映侵入帶，4 m底部梯度電極系反映原狀地層岩石；聲速測井計算孔隙度；感應測井電阻率確定含油飽和度。

中厚層、電阻率大於20 Ω·m的高阻砂岩，要用側向測井代替感應測井，即測井系列為微電極（或微側向）、0.45 m和4 m底部梯度電極系、側向測井和聲速測井。

2.鹽水泥漿測井系列

在鹽水泥漿鑽井中，必須使用有聚焦能力的側向測井和微側向測井；用自然伽馬測井代替自然電位測井。這樣，鹽水泥漿的測井系列為微側向測井、自然伽馬測井、聲速測井、側向測井。

3.碳酸鹽岩測井系列

深、淺三側向測井、自然伽馬測井、中子-伽馬測井、聲速測井，2.5 m底部梯度電極系、自然電位（自然伽馬）是碳酸鹽岩的測井系列。

需要說明的是，上述測井系列並不一定是最佳的。隨著我國測井事業的發展，測井儀器的完善，上述測井系列將會有較大的調整，以取得更好的地質效果。

使用進口儀器時：

1）中等—軟地層、淡水泥漿條件下，使用以下測井方法：雙感應測井/球形聚焦（或八側向）測井—聲波速度測井、岩性—密度—中子—微電阻率—電磁波傳播測井。得到的測井曲線是：SP、IL_d、IL_m、SFL、Δt、R_wa、DEN、GR、U、Th、K、Pe、φ_D、φ_N、φ_EPT等。條件許可時，再加測地層傾角測井。

2）硬地層或鹽水泥漿條件時使用：雙側向測井—微球形聚焦測井、雙感應—球形聚焦測井—聲速測井、岩性—密度—中子—自然伽馬能譜測井。得到的測井曲線有：SP、LL_d、LL_s、MSFL、DEN、IL_d、IL_m、SFL、Δt、GR、U、Th、K、Pe、φ_D、φ_N等。有可能時，加測地層傾角測井、成像測井和核磁共振測井。

（二）地質錄井資料

1.泥漿錄井資料

用測井方法進行油氣水層評價時，直接需要泥漿相對密度、泥漿礦化度、泥漿電阻率、泥漿濾液電阻率、泥漿濾液礦化度、泥餅厚度等錄井資料。

在泥漿尋井過程中出現的油氣顯示異常數據資料也應認真全部收集，以便在測井油氣評價時間接參考使用。

2.鑽時錄井資料

鑽進速度的快慢，取決於地下岩層的可鑽性，即疏鬆性軟的岩層鑽進快；緻密堅硬的岩層鑽進慢。所以在進行測井油氣層評價時，常用來幫助判斷岩石的組成、沉積的類型、壓實程度，以及其他岩石物理性質。

對於碳酸鹽岩裂縫性油氣藏來說，鑽時的變化是發現縫、洞最及時的一項錄井資料。

3.岩屑錄井資料

岩屑錄井資料是鑽井地質評價中最及時、便宜、不可缺少的直接資料。

4.岩心錄井資料

石油地質工作者，對地下可能油氣藏的認識都是一種抽象，各人認識的抽象未必相同。只憑岩屑、鑽時、泥漿等錄井資料是不夠的，必須取得能夠直觀的、可提供作仔細分析化驗之用的岩心資料。有了岩心資料，就可以研究地層時代，岩性岩相變化，儲集層的物理性質，化學性質和裂縫發育情況，生儲層特徵及生油指標，儲層含油產狀，了解地層傾角、接觸關系、斷點位置等構造情況。

鑽井岩心錄井資料是測井的油氣評價和測井地質解釋研究的基礎。通過鑽井岩心的觀察和實驗室分析化驗獲取的地質信息和參數進行各種標定或刻度，在所建立的地質概念模型的基礎上，應用正演和反演模型，建立正確可靠的岩石物理與測井的關系，為提高測井地質的解釋精度奠定堅實的基礎。

（三）測井資料

1.測井數據

測井技術是油氣層評價和測井地質學研究應用重要的手段。根據地質分析與油氣評價的目的任務，可以由下述測井項目中形成測井系列進行測井數據資料的採集。

（1）常規測井項目

1）雙側向測井（DDL）；

2）微側向測井（MLL）；

3）補償中子測井（CN）；

4）補償聲波測井（AC）；

5）補償Z密度測井（Z-DEN）；

6）自然伽馬測井（GR）；

7）井徑測井（CAL）；

8）自然電位測井（SP）。

（2）特殊測井項目

1）自然伽馬能譜測井（SL）；

2）地層傾角測井（DIP）；

3）重復式地層測試器（FMT）。

（3）現代測井項目

1）微電阻率掃描成像測井（STAR）；

2）井周聲波成像測井（CBIL）；

3）多極陣列聲波測井（MAC）；

4）核磁共振測井（MRIL）；

5）薄層電阻率測井（TBRT）。

目前在我國，進行地球物理測井工作時，根據解決油氣勘探與開發的實際需要設計組合成裸眼井和套管井測井系列，所測的資料經過精細處理和解釋，可進行地層岩性識別、解決硬地層的裂縫段的劃分、評價及裂縫產狀的確定、地層產狀的確定，識別低阻油氣層、劃分與評價薄層，還可進行固井質量檢查及管井的動態監測等等。測井系列的選擇應用，可參見表6-1。

表6-1 測井系列一覽表

2.測井解釋參數

測井的定量解釋評價油氣層採用了兩種不同類型的解釋模型和方法導出的一些數學關系式，即體積模型法和概率模型法，是目前測井資料數字處理所採用的基本方法。利用上述模型進行定量測井解釋時，除了需要地質鑽井資料和測井數據資料外，還需要測井解釋參數。

1）利用密度測井解釋基本公式時，需要岩石骨架密度（ρ_ma）、泥質密度（ρ_sh）、孔隙流體密度（ρ_f）、泥質的相對體積（V_sh）。

2）利用聲波測井解釋基本公式時，需要岩石骨架聲波時差（Δt_ma）、泥質聲波時差、孔隙流體聲波時差（Δt_f）、泥質的相對體積（V_sh）；

3）利用中子測井解釋基本公式時，需要岩石骨架含氫指數（φ_ma）、泥質含氫指數（φ_sh）、孔隙流體含氫指數（φ_f）、泥質的相對體積（V_sh）。

4）利用脈沖中子測井解釋基本公式時，需要岩石骨中子俘獲截面Σ_ma、孔隙流體中子俘獲截面Σ_f、泥質中子俘獲截面Σ_sh。

在用經驗關系式確定含水飽和度（S_w）和沖洗帶飽和度（S_xo）時，需要地層水電阻率（R_w）、泥漿濾液電阻率（R_mf）和孔隙度（φ）。

在用泥質的相對體積（泥質含量）經驗關系式確定泥質含量時，也需要給出測井解釋參數：

1）利用自然伽馬測井計算泥質體積公式時，則需要給出C_GR，max（純泥岩地層的GR值）和C_GR，min（C_GR純砂岩層的GR讀數）。

2）利用自然電位測井計算泥質體積公式時，需要給出U_SP，max（純砂岩的SP幅度）和U_SP，min（純泥岩層的SP幅度）。

3）利用中子測井計算泥質含量公式時，需要給出φ_N，max（純砂岩地層的中子孔隙度值）和φ_N，min（純泥岩層的中子孔隙度值）。

4）利用中子壽命測井計算泥質含量公式時，需要給出Σ_max（純砂岩地層的中子俘獲截面）和Σ_min（純泥岩層的中子俘獲截面）。

5）利用聲波測井方法時需要給出φ_ACSH（純泥岩地層聲波孔隙度）。

6）利用能譜測井計算時，需要給出純泥岩地層的鉀和Th含量，純砂岩地層的K和Th含量。

7）利用電阻率測井計算泥質含量時，需要給出R_sh（純泥岩層電阻率）和R_max（純產油層最大電阻率）。

8）利用密度-中子、中子-聲波、密度-聲波等交會圖方法計算泥質含量時需要給出φ_Nma、φ_Nsh、ρ_ma、ρ_sh、ρ_f、Δt_f、Δt_ma、Δt_sh等測井解釋參數。

在利用核磁共振測井研究和計算儲層的毛管束縛流體體積、自由流體體積、地層有效孔隙度、滲透率和孔隙結構時，關鍵性的測井解釋參數應該有φ（孔隙度）、T_2cutoff、ρ（表面弛豫強度）。

在利用Waxman和Smits方程計算儲層含水飽和度時，需要給出總連通孔隙度φ_e、地層水電阻率R_w和陽離子交換量Q_V等參數。

『拾』 土壤學如何考

二.土壤的本質特徵？肥力的四大因子？
答：土壤的本質特徵是土壤具有肥力；肥力的四大因子是水、肥（營養物質）汽、熱（環境）。
三.土壤組成如何？土壤學發展過程的三大學派？
答： 固體顆粒（38%）
固 相（50%）
土壤 有機物（12%）
氣相（50%）
粒間空隙（50%）
液相（50%）
土壤學發展過程的三大學派：1.農業化學學派。（提出礦質營養學說）。2.農業地質學派（19世紀後半葉）。3.土壤發生學派（提出土壤是在五大成土因素作用下形成的）。
四.岩石根據生成方式不同分為哪幾類？
答：分為岩漿岩、沉積岩和變質岩。
五.岩漿岩的分類方式如何？（生成方式、化學成分）
答：按含二氧化硅的多少分為（1）.酸性岩（二氧化硅含量大於65%）。（2）.中性鹽（二氧化硅含量在52%——65%）。（3）.基性岩（二氧化硅含量在45%——52%）。（4）.超基性岩（二氧化硅含量小於45%）。
由構造不同分為（1）.塊狀構造（2）.流紋構造（3）.氣孔構造（4）.杏仁構造。
六.岩石礦物對土壤有何影響？
答：（1）.影響土壤的質地；（2）.影響土壤的酸鹼性：（3）.影響土壤中的化學組成。
七.分別舉出常見的原生礦物以及次生礦物五六類.
答：原生礦物:長石類、角閃石和輝石、雲母類、石英、磷灰石、橄欖石; 次生礦物:方解石，高嶺石，蛇紋石。
八.舉出幾種常見的沉積岩及變質岩.
答:沉積岩:礫岩.砂岩.頁岩.石灰岩.白雲岩. 變質岩:板岩.千枚岩.片岩.片麻岩.大理岩.石灰岩.
二. 物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用的作用方式分別是什麼？
答：物理風化：1.溫度作用或溫差效應2.結冰作用或冰劈作用3.風的作用4流水的作用.
化學風化：1.溶解作用2.水化作用3.水解和碳酸化作用4. 氧化作用5. 溶解作用.
生物風化：1.機械破壞作用(根劈作用)2.化學破壞作用(主要通過新陳代謝來完成).
三. 物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用的最終結果如何？
答：物理風化：產生了與原岩石、礦物化學成分相同而粗細不等的碎屑物質覆蓋在岩石表面。
化學風化：1.形成可溶性鹽類，都是養料成分，為植物提供營養。2.形成了次生粘土礦物，在土壤肥力中作用巨大。3.形成了殘留礦物，如：石英在土壤中以粗大砂粒存在。
生物風化：為母質中增加了岩石和礦物中所沒有的N素和有機質。
四．影響風化作用的因素有哪些？
答：1.氣候條件.2. 礦物岩石的物理特性：礦物顆粒大小、硬度、解理和膠結程度.3. 礦物岩石的化學特性和結晶構造.
五．風化產物的地球化學類型、生態類型分別有哪些？
答：風化產物的地球化學類型: 1. 碎屑類型. 2. 鈣化類型. 3. 硅鋁化類型. 4. 富鋁化類型.
風化產物的生態類型:1. 硅質岩石風化物2. 長石質岩石風化物.3.鐵鎂質岩石風化物.4. 鈣質岩石風化物.
二.母質因素在成土過程中的作用？
答：母質是形成土壤的物質基礎，是土壤的骨架和礦物質的來源。主要表現是：
1．母質的機械組成影響土壤的機械組成。
2．母質的化學成分對土壤形成、性質和肥力均有顯著影響，是土壤中植物礦質元素（氮素除外）的最初來源。
三. 氣候因素在成土過程中的作用？
答：氣候決定著土壤形成過程中的水、熱條件，是直接影響到成土過程的強度和方向的基本因素。它（水分和熱量）對土壤形成的具體作用表現在：
1．直接參與母質的風化和物質的淋溶過程。2．控制著植物和微生物的生長。
3．影響著土壤有機質的累積和分解。4．決定著養料物質生物小循環的速度和范圍
四. 生物因素在成土過程中的作用？
答：在土壤形成過程中，生物對土壤肥力特性和土壤類型，具有獨特的創新作用。其影響及作用可歸納為：
1．創造了土壤氮素化合物，使母質或土壤中增添了氮素養料。
2．使母質中有限的礦質元素，發揮了無限的營養作用。
3．通過生物的吸收，把母質中分散狀態的養料元素，變成了相對集中狀態，使土壤的養料元素不斷富集起來。
4．由於生物的選擇吸收，原來存在於母質中的養料元素，通過生物小循環，更適合於植物生長需要，使土壤養分品質不斷改善。
五.地形因素在成土過程中的作用？
答：1．影響大氣作用中的水熱條件，使之發生重新分配。如坡地接受的陽光不同於平地，陰坡又不同於陽坡；地面水及地下水在坡地的移動也不同於平地，從而引起土壤水分、養分、沖刷、沉積等一系列變化。
2．影響母質的搬運和堆積。如山地坡度大，母質易受沖刷、故土層較薄；平原水流平緩、母質容易淤積、所以土層厚度較大；而洪積扇的一般規律則是頂端（即靠山口處）的母質較粗大、甚至有大礫石；末端（即與平原相接處）的母質較細，有時開始有分選。頂端坡度大、末端坡度小，以及不同部位的沉積物質粗細不同，亦會造成土壤肥力上的差異。

二.研究土壤剖面的意義
答：他不僅能夠反映土壤的特徵，而且還可以了解土壤的形成過程，發展方向和肥力特徵；為鑒別土壤類型，確定土壤名稱提供了科學依據。
三.說明下列符號的土壤學含義:
答：Bk為鈣積層 Bt為粘化層 Bca 鈣積層 C母質層 D母岩層 G潛育層 W瀦育層 T泥炭層;
Cc表示在母質層中有碳酸鹽的聚積層; Cs表示在母質層中有硫酸鹽的聚積層。
A—D 原始土壤類型；A—C 幼年土壤類型；A—B—C 發育完善的土壤類型。

二.問答題
1. 簡述土壤有機質的作用？
答： 土壤有機質是植物營養的重要來源，同時對土壤水、肥、氣、熱起重要的調節作用：
（1）植物營養的重要庫源；（2）提高土壤保水保肥能力和緩沖性能；（3）改善土壤物理性質；
（4）增強土壤微生物活動；（5）活化土壤中難溶性礦質養料；（6）刺激、促進植物的生長發育。
2. 富里酸（FA）與胡敏酸(HA)性質上的區別？
答：（1）溶解性：FA＞HA；（2）酸性：FA＞HA；（3）鹽：HA一價溶於水二三價不溶，F A全溶；.（4）分子組成：式量HA＞FA，HA含碳氮多，含氫氧少，FA相反；（5）顏色：HA深（又名黒腐酸），FA淺（又名黃腐酸）；（6）在土壤剖面中的遷移能力：FA強。
3. 有機殘體的碳氮比如何影響土壤有機物分解過程？
答：一般認為，微生物每吸收一份氮，還需吸收五份碳用於構成自身細胞，同時消耗20份碳作為生命活動的能量來源。所以，微生物分解活動所需有機質的C/N大致為25﹕1
當有機質地C/N接近25﹕1時，利於微生物的分解活動，分解較快，多餘的氮留給土壤，供植物吸收；
如果C/N大於25﹕1，有機質分解慢，同時與土壤爭氮；
C/N小於25﹕1，有利於有機質分解，並釋放大量的氮素。
4．土壤有機物分解的速度主要取決於哪兩個方面：
答：土壤有機物分解的速度主要取決於兩個方面；內因是植物凋落物的組成，外因是所處的環境條件。
①外界條件對有機質轉化的影響：外界條件通過對土壤微生物活動的制約，而影響有機質的轉化速度，這些外界因素主要有土壤水分、溫度、通氣狀況、土壤pH值，土壤粘力等。
②殘體的組成與狀況對有機質轉化的影響：有機殘體的物理狀態，化學組成，及碳氮比影響。
5．土壤有機質的腐殖化過程可分為幾個階段：
答：①第一階段（原始材料構成階段）：微生物將有機殘體分解並轉化為簡單的有機化合物，一部分經礦質化作用轉化為最終產物（二氧化碳、硫化氫、氨等）。其中有芳香族化合物（多元酚）、含氮化合物（氨基酸或肽）和糖類等物質。
②第二階段（合成腐殖質階段）：在微生物作用下，各組成成分，主要是芳香族物質和含氮化合物，縮合成腐殖質單體分子。在這個過程中，微生物起著重要作用，首先是由許多微生物群分泌的酚氧化酶，將多元酚氧化成醌，然後醌再與含氮化合物縮合成腐殖質。
6．土壤有機質的類型及來源：
答：一、土壤有機質的類型： 進入土壤中的有機質一般呈現三種狀態：
①基本上保持動植物殘體原有狀態，其中有機質尚未分解；
②動植物殘體己被分解，原始狀態已不復辨認的腐爛物質，稱為半分解有機殘余物；
③在微生物作用下，有機質經過分解再合成，形成一種褐色或暗褐色的高分子膠體物質，稱為腐殖質。腐殖質是有機
質的主要成分，可以改良土壤理化性質，是土壤肥力的重要標志。
二、土壤有機質的來源：
①動植物和微生物殘體； ②動植物和微生物的代謝產物； ③人工施入土壤的有機肥料。
7．土壤微生物在土壤中的作用：
答：土壤微生物對土壤性質和肥力的形成和發展都有重要的影響。
1．參與土壤形成作用： 2促進土壤中營養物質的轉化： 3增加生物熱能，有利調節土壤溫度：
4．產生代謝產物，刺激植物的生長：5．產生酶促作用，促進土壤肥力的提高：
8．土壤微生物分布的特點：
答：①物分布在土壤礦物質和有機質顆粒的表面。 ②植物根系周圍存在著種類繁多的微生物類群。
③物在土體中具有垂直分布的特點 。 ④微生物具有與土壤分布相適應的地帶性分布的特點 。
⑤壤微生物的分布具有多種共存、相互關聯的特點。
9．菌根菌的類型及特點：
答：菌根菌的類型：根據菌根菌與植物的共棲特點，菌根可分為外生菌根、內生菌根和周生菌根。
①外生菌根在林木幼根表面發育，菌絲包被在根外，只有少量菌絲穿透表皮細胞。
②內生菌根以草本最多。如蘭科植物具有典型內生菌根。
③周生菌根即內外生菌根。既可在根周圍形成菌鞘，又可侵入組織內部，這種菌根菌發育在林木根部。
特點：①菌根菌沒有嚴格的專一性；同一種樹木的菌根可以由不同的真菌形成。
②菌根對於林木營養的重要性，還在於它們能夠適應不良的土壤條件，為林木提供營養。
③在林業生產中，為了提高苗木的成活率和健壯率，使幼苗感染相適應的菌根真菌，是非常必要的。
④最簡單的接種方法，就是客土法，即選擇林木生長健壯的老林地土壤，移一部分到苗床或移植到樹穴中，促使苗木迅速形成菌根。
10．調節土壤有機質的途徑：
答：①增施有機肥料。 ②歸還植物（林木、花卉）凋落物於土壤。 ③種植地被植物、特別是可觀賞綠肥。
④用每年修剪樹木花草的枯枝落葉粉碎堆漚，或直接混入有機肥坑埋於樹下，有改土培肥的效果。
⑤通過澆水，翻土來調節土壤的濕度和溫度等，以達到調節有機質的累積和釋放的目的。

二，簡答題。
1土水勢的特點。
答：土壤中的水分受到各種力的作用，它和同樣條件（溫度和壓力等）下的純自由水的自由能的差值，用符號Ψ表示，所以，土水勢不是土壤水分勢能的絕對值，而是以純自由水作參比標準的差值，是一個相對值。
土水勢由:基質勢（Ψm） 溶質勢（Ψs） 重力勢（Ψg） 壓力勢（ΨP） 等分勢構成。
2土壤空氣特點。
答：a．二氧化碳的含量很高而氧氣含量稍低。二氧化碳超過大氣中的10倍左右，主要原因是由於土壤中植物根系和微生物進行呼吸以及有機質分解時，不斷消耗土壤空氣中的氧，放出二氧化碳，而土壤空氣和大氣進行交換的速度，還不能補充足夠的氧和排走大量的二氧化碳的緣故。
b.土壤空氣含有少量還原性氣體。在通氣不良情況下，土壤空氣中還含有少量的氫、硫化氫、甲烷等還原性氣體。這些氣體是土壤有機質在嫌氣分解下的產物，它積累到一定濃度時，對植物就會產生毒害作用。
c.土壤空氣水氣含量遠高於大氣。除表土層和乾旱季節外，土壤空氣經常處於水汽的飽和狀態。
d.土壤空氣組成不均勻。土壤空氣組成隨土壤深度而改變，土層越深，二氧化碳越多，氧氣越少。
3土壤氣體交換的方式有幾種？哪一種最重要？
答：有兩種方式：即氣體的整體流動和氣體的擴散，以氣體的擴散為主。
4土壤空氣對林木生長的影響。
答：土壤空氣影響著植物生長發育的整個過程，主要表現在以下幾方面：
（1）土壤空氣與根系發育（2）土壤空氣與種子萌發（3）土壤空氣與養分狀況（4）土壤空氣與植物病害
5土壤熱量的來源有哪些？
答：1、太陽輻射能 2、生物熱 3、地球的內能
6土壤熱量狀況對林木生長的影響？
答：土壤熱量狀況對植物生長發育的影響是很顯著的，植物生長發育過程，如發芽、生根、開花、結果等都只有在一定的臨界土溫之上才可能進行。
1.各種植物的種子發芽都要求一定的土壤溫度 2.植物根系生長在土壤中，所以與土溫的關系特別密切
3.適宜的土溫能促進植物營養生長和生殖生長 4.土壤溫度對微生物的影響
5.土溫對植物生長發育之所以有很大的影響，除了直接影響植物生命活動外，還對土壤肥力有巨大的影響
7土壤水汽擴散的特點。
答：土壤空氣中水分擴散速度遠小於大氣中水分擴散速率.
①土壤孔隙數量是一定的，其中孔隙一部分被液態水佔有，留給水汽擴散的空間就很有限。
②土壤中孔隙彎彎曲曲，大小不一，土壤過干過濕都不利於擴散（土壤濕度處於中等條件下最適宜擴散）
8土壤蒸發率（概念）的階段？
答：土壤蒸發率：單位時間從單位面積土壤上蒸發損失的水量。階段性：
a．大氣蒸發力控制階段（蒸發率不變階段） b．土壤導水率控制階段（蒸發率下降階段）
c．擴散控制階段（決定於擴散的速率）

二.簡答題
1.衡量土壤耕性好壞的標準是什麼?
答: 土壤宜耕性是指土壤的性能.
①耕作難易:耕作機具所受阻力的大小,反映出耕後難以的程度,直接影響勞動效率的高低.
②耕作質量:耕作後能否形成疏鬆平整,結構良好，適於植物生長的土壤條件.
③宜耕期的長短:土壤耕性好一般宜耕期長.
2.試論述團粒結構的肥力意義?
答: 1小水庫:團粒結構透水性好可接納大量降水和灌水,這些水分貯藏在毛管中.
2小肥料庫:具有團粒結構的土壤，通常有機質含量豐富,團粒結構表面為好氣作用，有利於有機質礦質化,釋放養分，團粒內部有利於腐殖質化,保存營養.
3空氣走廊:團粒之間孔隙較大，有利於空氣流通。
3.團粒結構形成的條件是什麼?
答:①大量施用有機肥 ②合理耕作 ③合理輪作 ④施用石膏或石灰 ⑤施用土壤結構改良劑
4.砂土,粘土,壤土的特點分別是什麼?
答:1.砂質土類:
①水→粒間孔隙大,毛管作用弱,透水性強而保水性弱,水汽易擴散,易干不易澇.
②氣→大孔隙多,通氣性好,一般不會積累還原性物質.
③熱→水少汽多,溫度容易上升,稱為熱性土,有利於早春植物播種.
④肥→養分含量少,保肥力弱,肥效快,肥勁猛,但不持久,易造成作物後期脫肥早衰.
⑤耕性→鬆散易耕,輕質土.
2.粘質土類:
①水→粒間孔隙小,毛管細而曲折,透水性差,易產生地表徑流,保水抗旱能力強,易澇不易旱.
②氣→小孔隙多,通氣性差,容易積累還原性物質.
③熱→水多汽少,熱容量大,溫度不易上升,稱為冷性土,對早春植物播種不利.
④肥→養分含量較豐富且保肥能力強,肥效緩慢,穩而持久,有利於禾穀類作物生長,籽實飽滿,早春低溫時,由於肥效緩慢易造成作物苗期缺素.
⑤耕性→耕性差, 粘著難耕,重質土.
3.壤質土類:土壤性質兼具砂質土,粘質土的優點,而克服了它們的缺點.耕性好,宜種廣,對水分有回潤能力,是理想的土壤類別.
5.影響陽離子凝聚能力強弱的因素?
答：土壤膠體通常有負電荷，帶負電的土壤膠粒，在陽離子的作用下，發生相互凝聚。
a高價離子凝聚能力大於低價離子。
b水化半徑大的離子凝聚能力弱，反之較強（離子半徑愈小，水化半徑愈大）
c增加介質中電解質濃度也可以。以及有機質，簡單無機膠體。
d比表面積越大凝聚能力越強。

一.影響陽離子交換能力的因素:
答:①電荷電價有關 ②離子半徑及水化程度 ③離子濃度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.影響陽離子交換量的因素:
答:①質地(土壤質地越粘重,含粘粒越多,交換量越大) ②腐殖質,含量↑,交換量↑
③無機膠體的種類,粘粒的硅鐵鋁率↑,交換量↑(腐>蒙>伊>高>非晶質含水氧化物) ④土壤酸鹼性
三.陽離子交換作用的特徵:
答: 特徵：a可逆反應 b等價離子交換 c反應受質量作用定律支配
四.土壤吸收養分作用方式有幾種?
答:①土壤離子代換吸收作用（即，物理化學吸收作用）:對離子態物質的保持。
②土壤機械吸收作用:對懸浮物質的保持。是指疏鬆多孔的土壤能對進入其中的一些團體物質,進行機械阻留。
③土壤物理吸附作用:對分子態物質的保持。是指土壤對可溶性物質中的分子態物質的保持能力。
④土壤吸附作用:對可溶性物質的沉澱保持。是指由於化學作用，土壤可溶性養分被土壤中某些成分所沉澱，保存於土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物對養分具有選擇吸收的能力。從而把養分吸收，固定下來，免於流失。
五.土壤膠體的類型（按成分及來源）有哪些?
答：成分: ①無機膠體(各種粘土礦物) ②有機膠體(腐殖質) ③有機無機復合體(存在的主要方式)
來源：
一.影響陽離子交換能力的因素:
答:①電荷電價有關 ②離子半徑及水化程度 ③離子濃度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.土壤陽離子交換量(CEC):在一定pH值時,土壤所能吸附和交換的陽離子的容量，用每Kg土壤的一價離子的厘摩爾數表示,即Cmol(+)/Kg.(pH為7的中性鹽溶液)
我國土壤陽離子交換量：由南→北，由西→東，逐漸升高的趨勢。
一種土壤陽離子交換量的大小,基本上代表分了該土壤保存養分的能力.即通常說的飽肥性的高低.交換量大的土壤,保存速效養能力大,反之則小.可作為土壤供肥蓄肥能力的指標.
三.影響陽離子交換量的因素:
答:①質地(土壤質地越粘重,含粘粒越多,交換量越大)②腐殖質,含量↑,交換量↑③無機膠體的種類,粘粒的硅鐵鋁率↑,交換量↑(腐>蒙>伊>高>非晶質含水氧化物)④土壤酸鹼性⑤
四.土壤鹽基飽和度(BSP):交換性鹽基離子佔全部交換性陽離子的百分率.
我國土壤鹽基飽和度:南→北↑,西→東↓
五.交換性陽離子的有效度:
答: 1根系←→溶液←膠粒 離子交換 2根系←→膠粒 接觸交換
六.互補離子(陪伴離子):與某種交換性陽離子共存的其他交換性陽離子.
七.土壤吸收養分作用方式有幾種?
答:①土壤離子代換吸收作用（即，物理化學吸收作用）:對離子態物質的保持。
②土壤機械吸收作用:對懸浮物質的保持。是指疏鬆多孔的土壤能對進入其中的一些團體物質,進行機械阻留。
③土壤物理吸附作用:對分子態物質的保持。指土壤對可溶性物質中的分子態物質的保持能力。
④土壤吸附作用:對可溶性物質的沉澱保持。是指由於化學作用，土壤可溶性養分被土壤中某些成分所沉澱，保存於土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物對養分具有選擇吸收的能力。從而把養分吸收，固定下來，免於流失。
八.粘土礦物的基本構造單元是什麼?
答：是硅氧四面體和鋁水八面體。

一.土壤酸性的形成:
1.土壤中氫離子的來源:①水的解離 ②碳酸的解離 ③有機酸的解離 ④無機酸 ⑤酸雨
2.土壤中鋁的活化。
二.土壤鹼性的形成機理（即土壤中OH根的來源）:土壤溶液中氫氧根的來源主要是鈣、鎂、鈉、碳酸鹽和重碳酸鹽以及土壤膠體表面吸附的交換性鈉水解的結果:
1.碳酸鈣水解 2.碳酸鈉水解 3.交換性鈉的水解
三.土壤酸度的指標:土壤酸性一方面是由土壤溶液中的氫離子引起的,另一方面也可以由被土壤膠體所吸附的致酸離子(氫,鋁)所引起.前者為活性酸,後者潛性酸.
酸性強度排列:潛性酸＞水解酸＞代換性酸＞活性酸
四.土壤鹼性的指標:指總鹼度和鹼化度（見名詞解釋）
五.土壤緩沖性產生的原因:
①土壤具有代換性,可以吸附H,K,Na等很多陽離子②土壤中存在許多弱酸及其鹽類,構成緩沖系統
③土壤中有許多兩性物質,可中和酸鹼 ④在酸性土壤中,Al離子能起緩沖作用.
六.土壤緩沖性的強弱指標及其影響因素:
強弱指標即緩沖量,影響因素有①粘粒礦物類型②粘粒的含量③有機質的影響
七. 土壤酸鹼性差異的原因:

八.石灰改良酸性土的作用?
①中和土壤酸性②增加土壤中鈣素營養，有利於微生物活動促進有機質分解③改良土壤結構
石灰用量=土壤體積×容重×陽離子交換量×(1－BSP) 單位:Kg/公頃

土壤計算題：
1.已知某田間持水量為26%,土壤容重為1.5,當土壤含水量為16%,如灌一畝地使0.5m深的土壤水分達到田間持水量,問灌多少水?
解：（26－16）%×1.5×667×0.5=50（m3/畝）

2.容重為1.2g/cm3的土壤，初始含水量為10%，田間持水量為30%，降雨10mm，全部入滲，可使多深土層達到田間持水量？
解：10%×1.2=12% 30%×1.2=36%
土層厚度=10/（36%－12%）=41.7mm

3.一容重為1g/ cm3的土壤，初始含水12%，田間持水量為30%，要使30cm厚的土層含水達到80%，需灌水多少？
解：12%×1=12% 30%×80%=24% 24%－12%=12%
12%×0.3×667=24 m3

4.某紅壤的pH值5.0，耕層土重2250000kg/hm2，含水量位20%，陽離子交換量10cmol/kg，BSP60%，計算pH=7時，中和活性酸和潛性酸的石灰用量。
解：2250000×20%×（10-5－10-7）=4.455molH+/hm2
4.455×56÷2=124.74g/hm2
2250000×10×1%×40%=90000mol H+/hm2
90000×56÷2=2520000g

5.一種石灰性土壤，其陽離子交換量為15 cmol（+）/kg，其中Ca2+佔80%，Mg2+佔15%，K+佔5%，則每畝（耕層土重15萬kg/畝）土壤耕層中Ca2+，Mg2+，K+的含量為多少？
解：150000×15×1%=22500mol
22500×80%÷2×40=360000g
22500×15%÷2×24=40500g
22500×5%×39=43875g

6.土壤容重為1.36t／立方米，則一畝（667平方米）地耕作層，厚0.165m的土壤重量是多少？該土壤耕層中，現有土壤含水量為5％，要求灌水後達到25％，則每畝灌水定額為多少？
解：667×0.165=110.055t 110.055÷1.36×(25－5)％=16.185立方米